은 나노 입자 : 다 약제 내성 박테리아에 대한 강력한 나노 무기

https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1365-2672.2012.05253.x

MK 라이
SD 데쉬 무크
AP 잉글
AK 게이드
최초 게시 날짜 :2012 년 2 월 11 일

https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2012.05253.x

인용 : 498
Mahendra K. Rai, SGB Amravati University 생명 공학과, Amravati 444602, Maharashtra, India. 이메일 : mkrai123@rediffmail.com , pmkrai@hotmail.com

요약
본 시나리오에서, 제약 및 생의학 분야는 다제 내성 (MDR) 인간 병원성 미생물의 지속적인 증가에 대한 과제에 직면하고있다. MDR 미생물의 재발은 불편한 환경에서의 생존 및 증식을 위해 미생물의 방식으로 획득되는 약물 및 / 또는 항생제 내성에 의해 촉진됩니다. MDR 박테리아 감염은 사망률, 이환율 및 연장 된 치료 비용의 상당한 증가로 이어진다. 따라서, MDR 박테리아에 대한 살균 가능성을 갖는 항균성 화합물을 개발, 변형 또는 탐색하는 것이 연구의 최우선 분야이다. 다양한 화합물 및 bhasmas 형태의 은이 아유르베 다에서 옛날부터 여러 박테리아 감염을 치료하는 데 사용되었습니다. 여러 병원성 박테리아가 항생제 내성을 개발하면서 은 나노 입자는 그들을 치료하려는 새로운 희망입니다. 이 검토 MDR 박테리아에 대 한은 나노 입자의 살균 가능성을 설명합니다. 이 다 작용 나노 무기는 약물 내성 미생물의 치료 및 예방에 사용될 수 있습니다.

소개

인간 병원체에 대한 내성은 제약 및 생물 의학과 같은 분야에서 큰 도전입니다. 항생제 내성 프로파일은 다제 내성 (MDR) 병원체와 기생충의 출현과 재발에 대한 두려움으로 이어진다 ( Tenover 2006 ). 개인이 MDR 박테리아에 감염되면 쉽게 치료할 수 없으며 병원에서 더 많은 시간을 보내야하며 효과가 적고 독성이 있으며 비용이 많이 드는 광범위한 항생제를 여러 번 치료해야합니다 ( Webb 등 2005 ). 따라서, 살균 잠재력을 향상시키기 위해 항균성 화합물의 개발 또는 변형은이 현대 시대의 우선 순위 연구 분야입니다 ( Humberto et al. 2010).). 나노 기술은 진단, 바이오 마커, 세포 표지, 생물학적 이미 징용 조영제, 항균제, 약물 전달 시스템 및 다양한 질병 치료를위한 나노 약물에 유망한 응용 분야를 갖는 나노 입자 형태의 금속의 중요한 특성을 수정하고 개발할 수있는 좋은 플랫폼을 제공합니다. Marcato and Duran, 2008 ; Singh and Singh 2011 ). 따라서 연구자들은 MDR 박테리아의 출현 문제를 해결하기 위해 일반적으로 나노 입자와은 나노 입자로 이동하고있다 ( Gemell et al. 2006 ).

은은 강력한 항균력을 가지고 있으며, 고대부터 사용되어 왔습니다. 그러나 항생제의 출현으로 항균제로서 은의 의학적 응용이 거부되었다 ( Castellano et al. 2007 ; Chen and Schluesener 2008 ). 은의 항균 효과는 나노 수준에서 크기를 조작하여 증가시킬 수 있습니다. 물리 화학적 특성의 변화로 인해은 나노 입자는 높은 표면적 대 부피 비율과 고유 한 화학적 및 물리적 특성으로 인해 항균제로 등장했다 ( Kim et al. 2007).). 10-100 nm 범위의 크기를 갖는은 나노 입자는 그람 양성균과 그람 음성균 둘 다에 대해 강력한 살균력을 보였다 ( Morones et al. 2005 ). 많은 과학자들에 의해 병원성, MDR 및 다 약제-민감성 균주에 대한은 나노 입자의 살균 활성이 많은 과학자들에 의해 연구되었으며,은 나노 입자가 녹농균 , 녹 풀림 방지 성 녹농균 (Pseudomonas aeruginosa) 과 같은 MDR 박테리아에 대한 강력한 무기임이 입증되었습니다 대장균 , 에리스로 마이신 내성 스트렙토 코커스 피 오게 네스 , 메티 실린 내성 스타 필로 코 쿠스 아우 레 우스 (MRSA) 및 반코마이신 내성 스타 필로 코 쿠스 아우 레 우스 (VRSA).

은 기반 항균제 : 선사 시대, 과거 및 현재 상태
은은 기본적이고 희귀하며 자연적으로 발생하는 원소로 금보다 약간 단단하고 연성이 있으며 가단성이 있으며 모든 금속 내에서 최소 접촉 저항으로 전기 및 열 전도성이 가장 높습니다 ( Susan et al. 2009 ). 원시 시대 이후로 은은기구, 보석류, 치과 용 합금, 사진, 화폐, 폭발물 등을 만드는 데 사용되었습니다 ( Chen and Schluesener 2008 ). 항생제 치료가 시작되기 전에 은은 살균 활동, 특히 열린 상처와 화상 치료에 사용되었습니다 ( Moyer et al. 1965 ). 고대 사람들은 은의 살균 특성을 많이 알고있었습니다 ( Susan et al. 2009)). 은 이온은 반응성이 높으며, 단백질에 결합한 후 박테리아 세포벽 및 핵막의 구조적 변화에 의해 세포 변형 및 사망을 초래한다. 은 이온은 박테리아 DNA를 결합하고 변성시킴으로써 박테리아 복제를 억제하는 능력을 가진다 ( Landsdown 2002 ; Castellano et al. 2007 ). 은 이온은 단백질의 티올 기와 반응 한 후 DNA 응축으로 인해 세포가 사멸된다 ( Feng et al. 2000 ). 고대부터 항균제로 사용되는 다양한 유형의은 화합물에는 질산은, 은설 파디 아진,은 제올라이트,은 분말, 산화은, 염화은 및은 카드뮴 분말이 포함됩니다.

질산은 (AgNO 3 )
질산은은 은의 고체 화합물로 'Lunar caustic'(영어), 'Lapis infernalis'(라틴어) 및 'Pierre infernale'(프랑스어)과 같이 다른 언어로 다른 이름으로 알려져 있습니다. 질산은은 성병, 침샘의 누공, 뼈 및 항문 주 농양의 치료에 1700 년대에 사용되었습니다 ( Landsdown 2002 ). 19 세기에는 질산은이 화상 치료에 사용되었으며, 질산은은 상피화를 허용하고 상처 표면의 표면 형성을 촉진시키는 것으로 여겨졌다 ( Castellano et al. 2007 ). 1881 년 Carl SF Crede는 질산은 점안약을 사용하여 안과 신생아를 치료했습니다. 나중에 B. Crede는 피부 이식을위한은 함침 드레싱을 디자인했습니다 ( Landsdown 2002 ).

1884 년에 질산은 수성은 방울을 사용하여 출산하는 동안 감염된 어머니로부터 어린이에게 Neisseria gonorrhoeae 가 전염 되는 것을 막았습니다 ( Silvestry-Rodriguez et al. 2007 ). 화상 처리에 0 ~ 5 % 용액 형태의 질산은을 사용하여이 용액이 Staph 에 대해 강력한 살균력을 가지고 있음을 나타냅니다 . 아우 레 우스 , Ps. aeruginosa 및 E. coli 는 표피 증식을 방해하지 않는다 ( Bellinger and Conway 1970 ).

은설 파디 아진 (AgSD)
은과 설파 디아 진의 조합으로 일반적으로 1 % 수용성 크림으로 사용되며 광범위한 살균제입니다. 화상 상처 치료에 특히 사용됩니다. 그것의 작용 방식은 DNA를 포함하는 세포 성분에 결합함으로써 막 손상 ( Atyeeh et al. 2007 ) 및 DNA 나선에서 염기쌍에 결합함으로써 전사 억제이다 ( Maple et al. 1992 ; Mcdonnell and Russell 1999 ). 화상의 처리를 위해은 설파 디아 진 크림을 제조하였으며,이 또한 대장균, Staph. 아우 레 우스, Klebsiella sp. 및 슈도모나스 sp.

은 제올라이트
은 제올라이트는 알칼리 토금속 및 결정 알루미 노 실리케이트로 구성된 복합체이며, 이온 교환 현상을 사용하여은 이온으로 부분적으로 대체됩니다. 일본의 세라믹은 제품을 보호하는 살균 특성을 갖는은 제올라이트 코트를 가지고 있으며 식품 보존, 의료 소독 및 재료 오염 제거에 사용됩니다 ( Kawahara et al. 2000 ; Matsumura et al. 2003 ). Matsumura et al. (2003)은 제올라이트의 2 가지 가능한 작용 방식을 제안 하였다 : (i) 박테리아 세포가은 제올라이트와 접촉 할 때, 세포는은 이온을 흡수하여 궁극적으로 박테리아 세포를 손상시킨다; 및 (ii)은 이온의 도움으로 호흡 효소의 억제가 박테리아 세포 손상을 야기하는 반응성 산소 종의 생성.

나노 입자
물질의 나노 크기는 벌크 물질 또는 더 큰 입자의 것과 다른 특정한 물리 화학적 특성을 초래한다. 이 효과는 주로 표면적 대 부피 비율이 높기 때문에 반응성이 향상됩니다. 따라서, 나노 스케일 재료는 벌크 재료보다 유리하다. 구리, 티타늄, 마그네슘, 아연, 금 및 알기 네이트와 같은 금속 나노 입자는 표면적 대 부피 비율이 크기 때문에 살균력이 강합니다 ( Gu et al. 2003 ; Ahmad et al. 2005 ). 그 중에서도은 나노 입자는 박테리아, 바이러스 및 기타 진핵 미생물에 대해 가장 효과적인 항균제로 입증되었습니다 ( Gong et al.2007 ).

은 나노 입자
(100)보다 작은 크기의 나노 입자는 약 000 000-15 10은 원자 (NM 포함 Oberdorster . 등 2005 ; Warheit . 등 2007 ). 그것들은 스파크 방전, 전기 화학적 환원, 용액 조사 및 극저온 합성을 포함한 수많은 물리적 방법에 의해 금속성은을 초미립자로 엔지니어링함으로써 준비된다 ( Chen and Schluesener 2008 ). 유사하게, 화학적 및 생물학적 방법이은 나노 입자의 합성에 사용될 수있다. 은 나노 입자는 일반 금속과 비교할 때 고체 및 용해 된 입자상 물질에 대한 pH 의존적 분배 및 생물학적 활성과 같은 중요한 물리 화학적 특성을 나타낸다 ( Loket al. 2006 ; Pal et al. 2007 ). 고대부터은 나노 입자는 높은 표면적 대 부피 비율과 독특한 화학적 및 물리적 특성으로 인해 항균제로 등장했습니다 ( Morones et al. 2005 ; Kim et al. 2007 ).

은 나노 입자는 다음과 같은 중요한 생물학적 특성을 갖는다 : 이들은 항생제 내성 균주 ( Percival et al. 2007 ), Aspergillus , Candida 및 Saccharomyces를 포함한 일반적인 곰팡이에 대한 속효성 살 진균제를 포함한 광범위한 박테리아에 효과적인 살균제 이다. 5-20 nm 직경의은 나노 입자는 HIV-1 바이러스 복제를 억제 할 수 있습니다. ( Sun 등 2005 ; Humberto 등 2010)). 이들은 염증 및 회복 과정에서 중요한 발현 단백질 분해 효소를 변경시킬뿐만 아니라 종양 괴사 인자 (TNF), 인터루킨 (IL) -12 및 IL-1b를 억제하고 염증 세포의 아 a 토 시스를 유도한다 ( Bhol et al. 2004). ). 또한,은 나노 입자는 또한 상처 치유 ( Tian et al. 2007 ) 및 사이토 카인 조절 및 생물막 형성의 억제를 담당한다.

은 나노 입자 : 광범위한 항균제
은 나노 입자의 살균 효능은 많은 연구자들에 의해 조사되었으며 항생제 내성 박테리아를 포함하여 광범위한 미생물에 대한 효과적인 잠재력이 입증되었습니다 ( 표 1 ). 은 나노 입자는 차세대 항균제로도 불린다 ( Rai et al. 2009 ). 연구진은은 나노 입자의 살균 가능성을 적극적으로 증명했다. Feng et al. (2000) 은 Staph 에 대한은 이온의 살균 가능성을보고했다 . 아우 레 우스 및이 . 콜라이 . Sondi and Salopek-Sondi (2007) 는 또한 대장균 에 대한은 나노 입자의 살균 작용을 보여 주었다그람 음성 박테리아의 모델로. 그들은 TEM 분석 및 EDAX 연구를 수행함으로써 SEM 분석에서은 나노 입자 및 죽은 박테리아 세포로 구성된 응집체의 형성을 관찰하였고,은 나노 입자는 박테리아 세포막의 빌딩 요소와 상호 작용하여 세포 손상을 초래한다고 결론 지었다.

표 1. 광범위한 박테리아에 대한은 나노 입자의 활성
S. 아니오 다른 형태의은 표적 유기체 참고 문헌
1. 은 이온 황색 포도상 구균 및 대장균 Feng et al. (2000)
2. 질산은 치주 병원체 Spacciapoli et al. (2001)
삼. 은 제올라이트 대장균 Matsumura et al. (2003)
4. 은 나노 입자 대장균 Sondi and Salopek (2007)
Pal et al. (2007)
5. 은 이온 RNA 바이러스 Butkus et al. (2004)
6. 은 나노 입자 대장균 , Vibrio cholerae , Pseudomonas aeruginosa 및 Salmonella typhus Morones et al. (2005)
7. 은 나노 입자 액체 및 고체 배지에서의 대장균 베이커 등. (2005)
8. 은 이온 대장균 야마나카 등 (2005)
9. 은 나노 입자 Staph. 아우 레 우스 와 대장균 Shahverdi et al. (2007)
10. 슈퍼 상자성은 나노 입자,이기 능성 Fe 3 O 4 , @Ag 나노 입자 대장균, 바실러스 서브 틸리 스 및 포도상 구균 표피 공 (Gong) 등. (2007)
11. 나노 섬유 함침은 나노 입자 대장균 과 Staph. 아우 레 우스 Jun et al. (2007)
12. 면직물에은 나노 입자 Staph. 아우 레 우스 Duran et al. (2007)
13. 상처 드레싱에 함침 된은 나노 입자 대장균 과 Staph. 아우 레 우스 Maneerung et al. (2008)
14. 은 나노 입자 대장균 , 살모넬라 티피 , 포도상 구균 표피 포도상 구균. 아우 레 우스 잉글 (Ingle) 등. (2008)
15. 은 나노 입자 Phoma glomerata , Phoma herbarum, Fusarium semitectum, Trichoderma sp. 그리고 칸디다 알비 칸스 Gajbhiye et al. (2009)
16. 은 나노 입자 대장균 , Staph. 아우 레 우스 및 Ps. 에어 루지 노사 Birla et al. (2009)
17. 은 나노 입자 대장균 과 Staph. 아우 레 우스 Gade et al. (2010)
18. 은 나노 입자 대장균 과 Ps. 에어 루지 노사 게살 락쉬미와 사라다 (2010)
19. 은 나노 입자 대장균 , Staph. 아우 레 우스 및 Ps. 에어 루지 노사 Bonde et al. (2011)
20. 은 나노 입자 추신. aeruginosa , Staph. 아우 레 우스 , 병원성 진균 Aspergillus flavus 및 Aspergillus niger Govindaraju et al. (2010)
21. 은 나노 입자 Staph. 아우 레 우스 ,이 . 콜라이, 클렙시 엘라 뉴 모니 애, 비. 섭 틸리 스, 엔테로 코커스 패 칼리스, Ps. 에어 루지 노사 Namasivayam et al. (2011)
22. 은 나노 입자 코팅 의료 기기 Staph. 아우 레 우스 와 연쇄상 구균 뮤 탄스 기영 (2011)
23. 세균성 셀룰로오스-은 나노 입자 복합물 대장균 과 Staph. 아우 레 우스 Hernane et al. (2011)
야마나카 등 (2005) 는 에너지 필터링 TEM의 도움으로 모델 유기체로 E. coli 를사용하고 2 차원 전기 영동 및 매트릭스 보조 레이저 탈착 이온화 / 비행 시간 질량 분석법 (MALDI )을 연구하여은 이온의 살균 잠재력을 조사했습니다 . ‐TOF MS). 연구 결과,은 이온이 박테리아 세포로 침투하여 리보솜 소단위 단백질과 박테리아 세포에 중요한 일부 효소에 영향을 미친다는 것이 확인되었다 ( Yamanaka et al. 2005 ). 베이커 등. (2005) 불활성 기체 응축 및 공 축합 기술에 의해 나노 입자를 합성하고 나노 입자의 항균력에 대한 연구액체 및 고체 매질에서의 대장균 , 나노 입자가 대장균에 세포 독성 인 것으로 결론 지음 . 2005 년 Morones et al. 그람 음성균 대장균 에서 1-100 nm 크기의은 나노 입자의 살균 효과에 대한 연구를 수행했습니다 . 그들은 595 nm에서 OD를 측정하여 박테리아 세포를 중간 로그 단계까지 성장시켜 박테리아와은 나노 입자의 상호 작용을 분석하였고, 박테리아 성장에 대한 다른 농도의 은의 영향을 연구했으며 75 μg ml -1 이상의 농도 는 박테리아에 치명적이다 ( Kim et al. 2007 ).

De'Souza는은-물 분산 용액 (전기 콜로이드은 공정에 의해 생성 된은 이온을 포함하는 15nm 직경의은 나노 입자 클러스터)과 함께 19 가지 항생제의 항균 활성을 연구했습니다. 그들은 MDR E. coli , Staph. 아우 레 우스 , 살모넬라 티피, 시겔 라 플렉스 네리 및 바실러스 서브 틸리 스는 아목시실린 및 클린다마이신에 취약하다. 흥미롭게도,은-물 분산액과 아목시실린 또는 클린다마이신의 조합은 Staph에 부가적인 효과를 나타냈다 . 아우 레 우스 6538 P 균주, Salm. Typhi, Sh. flexneri 와 B. subtilis은-물 분산액과 아목시실린의 조합은 메티 실린-내성 Staph 와 길항 효과를 나타냈다 . 아우 레 우스 균주 (MRSA) ( De Souza et al. 2006 ).

Duran et al. (2007) 은 곰팡이 Fusarium oxysporum을 사용 하여은 나노 입자를 합성하고,은 나노 입자를 섬유 직물에 통합 하여은 나노 입자의살균 활동을 연구하고 전자 현미경 (SEM) 및 에너지 분산 분광법을 이용한 분광 기술의 도움으로이를 확인했다. 그들은은 나노 입자로 함침 된 면직물이 효율적이고 강력한 살균력을 가지고 있다고보고했다. 은 나노 입자로 함침 된 폴리 비닐 알코올 나노 섬유는 대장균 및 스타 프에 대해 강력하고 효율적인 항균 잠재력을 갖는다 . 아우 레 우스 및 상처 드레싱에서의 사용이 권장되고 시험되었다 ( June et al. 2007 ).Shahverdi et al. (2007) 은은 나노 입자와 항생제 조합이 박테리아에 미치는 영향을 연구했다. 그들은 Klebsiella pneumoniae를 사용 하여은 나노 입자를 합성하고그들의 항균 활성을 단독으로 그리고 Staph 에 대한 페니실린 G, 아목시실린, 에리스로 마이신, 클린다마이신 및 반코마이신과 같은 항생제와 조합하여 평가했습니다 . 아우 레 우스 및이 . 콜라이 . 그들은은 나노 입자의 존재 하에서 항생제의 항균 활성이 유의하게 증가하는 것을 관찰하였고, Staph 에 대한 에리스로 마이 신과 의 나노 입자의 상승적 활성이 가장 높았다 . 아우 레 우스 ( Shaverdi et al. 2007 ).

Fusarium acuminatum에 의한은 나노 입자의 합성 및 4 개의 인간 병원성 박테리아, 즉 zz에 대한은 나노 입자의 살균 효율의 연구. 대장균 , Salm. typhi , Staphylococcus epidermidis 및 Staph. 아우 레 우스 는 Ingle et al. (2008) . 진균 성은 나노 입자는 위의 각 박테리아에 대해 살균력이 있으며, 순수한은 이온보다 효과가 1.5 배 더 강합니다. 그들은 Staph 에 대한은 나노 입자의 최대 항균 활성을 발견했습니다 . aureus , Staph. 표피 와 Salm. 티피그리고 대장균에 의해 최소 . 박테리아 셀룰로오스로 함침 된은 나노 입자는 대장균 및 Staph 에 대한 항균 활성을 제공한다 . 아우 레 우스 는 Maneerung et al. (2008) . Phoma glomerata로부터의은 나노 입자의 세포 외 합성 및 E. coli , Staph 에 대한 그의 살균 효능 연구 . 아우 레 우스 및 Ps. aeruginosa 는 Birla et al. (2009) . 저자는 항생제에 대한 결합은 나노 입자의 항균 활성을 조사 E. 콜라이 ,Staph. 아우 레 우스 및 Ps. aeruginosa . 저자들은 항생제와 조합 된은 나노 입자가 다양한 항생제에 내성을 보이는 박테리아에 대해 강력한 항균 활성을 보였으며, 나노 입자 합성의 생합성 경로가 환경 친화적이며 이러한 나노 입자가 항생제에 대한 박테리아 내성을 증가시키는 가장 좋은 해결책이라고 결론 내렸다.

Gajbhiye et al. (2009) 는 Alternaria alternata를 사용 하여은 나노 입자의 세포 외 생합성을 수행했다 . 저자들은 또한 나노 입자 단독의 살 진균 활성 및 시판되는 항진균제 플루코나졸과의 살 진균 활성을 연구 하였다. 연구진은은 나노 입자 만이 곰팡이 성장을 억제하여 항진균 특성을 증명할 수있을뿐만 아니라 P. glomerata , Phoma herbarum , Fusarium semitectum , Trichoderma sp.에대한은 나노 입자와 함께 플루코나졸의 항진균 활성이 증가 함을 발견했습니다. 그리고 Candida albicans . Gade et al. (2010)Opuntia ficus-indica 의은 나노 입자 합성 및 E. coli 및 Staph 에 대한은 나노 입자의 항균 활성 평가 . 아우 레 우스. 그들은 상업적으로 이용 가능한 항생제와 조합 된은 나노 입자가 현저한 항균 활성을 나타냄을 발견했다.

인도 카레 잎 나무 인 Murraya koenigii 의 잎 추출물로부터은 나노 입자의 식물 합성이보고되었으며, 합성 된 나노 입자의 살균 가능성은 단독으로 그리고 상업적으로 이용 가능한 항생제 겐타 마이신, 암피실린, 테트라 사이클린 및 스트렙토 마이신, 병원성 박테리아, 즉 viz. 대장균 , Staph. 아우 레 우스 및 Ps. aeruginosa 가 연구되었다 ( Bonde et al. 2012 ). 그들은 젠타 마이신과 조합 된은 나노 입자 가 접힘 영역 4 · 06이 증가함에 따라 대장균 에 대해 최대 활성을 보였다는 것을 관찰했다 . 나노 입자와의 테트라 사이클린 조합은Staph. 아우 레 우스 (2 · 16)는은 나노 입자가있을 때 표준 항생제의 활성이 유의하게 증가하고 항생제 내성 병원체에 효과적으로 사용될 수 있다고 결론 지었다. 최근에, 폴리 아미드-하이드 록시 우레탄 매체에서 전기 화학 합성으로부터 제조 된 19-23 nm 크기의은 나노 입자의 항균 활성이 조사되었다 ( Stefan et al. 2011 ). 대장균 및 Staph 에 대한 디스크 확산 방법에 의해 항균 활성을 시험 하였다 . 아우 레 우스 . 그들은 5 μg ml -1 농도에서 23 nm 크기의은 나노 입자가 Staph 에 대해 강력한 살균제 라는 것을 발견했다 . 아우 레 우스 .

Knetsch et al. (2011) 은 의료 기기 표면에은 나노 입자의 코팅이있는 경우 의료 기기에서 박테리아 부착 및 후속 바이오 필름 형성을 방지하는 데 도움이된다고 검토했습니다. 이들 나노 입자는 장치 표면 상에 직접 코팅 및 / 또는 직접 증착 될 수 있으며; 여기서 은은 표면에서 천천히 방출되어 근처의 박테리아 개체군을 죽입니다. Ki-Young (2011) 은은 컨디셔너와은 나노 입자의 조합을 준비하고 Staph에 대한 항균 활성을 테스트했습니다 . 아우 레 우스 , 스트렙토 코커스 뮤 탄스 및 C. 알비 칸스. 조직 컨디셔너와의은 나노 입자 조합의 단지 0.1 %만이 2 개의 박테리아 균주, Staph 에 대해 살균 효과를 나타내는 것으로 밝혀졌다 . 아우 레 우스 와 스트렙. 뮤 탄스. 은 나노 입자의 1 · 0 %를 초과하는 생존 세포는 없었다. 0 · 5 %은 나노 입자를 갖는 조직 컨디셔너는 C. 알비 칸스 에 대해 시험 될 때 살 진균 가능성을 가졌다 . 2 · 0 % 이상의 CFU는 관찰되지 않았다. Namasivayam et al. (2011) 은 주로 Candida glabrata 와 F. oxysporum 을 사용 하여은 나노 입자의 합성을보고했다 . 저자는 약물 내성 병원성 박테리아 Staph 에 대해 이은 나노 입자를 평가했습니다 . 구균 ,대장균, Kl. 폐렴, B. 서브 틸리 스, 엔테로 코커스 패 칼리스 및 Ps. aeruginosa . 그들은 합성 된은 나노 입자가 모든 병원성 박테리아에 대해 상당한 항균 활성을 보였다는 것을 관찰했다 ( 표 1 ).

다 약제 내성 박테리아에 대한은 나노 입자
항생제 저항
이 박테리아는 항생제에 대한 내성을 발달시키는 강력한 능력을 가지고 있는데, 이는 1929 년 알렉산더 플레밍 경 (Alexander Fleming)이 페니실린을 발견하고 시행하기 전에 그들에게 자연적으로주는 선물입니다. 그러나, 최근의 시나리오에서, 박테리아 내성 프로파일은 지속적으로 증가하고 있으며 그 제어는 과학자 및 연구자들에게 주요 도전이다. 세계는 농업에서 항생제와 살충제 및 관련 화합물을 광범위하고 무차별 적으로 사용하기 때문에 항생제 내성의 증가라는 세계적인 문제에 직면하고 있습니다. 영국 식품 기술 연구소 (Institute of Food Technology)는 약물 내성을 '미생물 및 그 자손의 일시적 또는 영구적 능력이 균주의 다른 구성원을 파괴하거나 억제하는 조건에서 생존 가능하고 /하거나 증식 할 수있는'것으로 정의했다. 아브라함과 사슬 (1940)박테리아의 약물 내성은 박테리아에 다른 종류의 효소의 존재에 기인 한 것으로보고되었으며, 항생제의 오용은 환경의 항생제에 내성 인 돌연변이 균주의 내성 및 증식의 발달로 이어질 수 있다고 경고했다. 일단 박테리아가 항생제와 접촉하지만 그에 의해 죽지 않으면, 박테리아는 세포 구조 나 신진 대사를 적응시켜 항생제를 파괴함으로써 내성을 개발할 수 있습니다. 따라서, 항균제에 대한 박테리아 노출은 박테리아가 저항을 획득 할 수있는 기회이다. 유전자 돌연변이, 현재의 유전 물질의 변형 또는 새로운 유전 물질의 획득을 포함하는 특정 내성 획득 방법이있다. 박테리아가 저항을 획득하면Slonczewski and Foster, 2009 ).

항균 작용 및 저항의 메커니즘
선택적 독성은 약물이 숙주에 유해하지 않고 기생충에만 유해한 이상적인 항균성 약물의 중요한 특징입니다. 이상적인 항균제의 표적은 숙주 세포가 아닌 미생물에서 고유하게 존재하는 해부학 적 구조 및 / 또는 생합성 기능이다. 박테리아 내 항균제에 대한 내성의 발달은 주로 박테리아 세포벽 투과성 변화, 막의 유출 펌프를 통한 항균제 제거, 약물 작용 부위 변형, 항균제의 불 활성화 등을 포함하는 여러 메커니즘에 의해 매개된다 ( Cebrian et al. 2003 ; Biyela et al. 2004 ).

주요 범주의 항균제의 작용 메커니즘 및 저항은 표 2에 기재되어있다 .

표 2. 주요 항균제 카테고리의 작용 메커니즘 및 내성
예를 들어 항균 그룹 행동 모드 저항의 메커니즘 참고 문헌
1. 베타 락탐 모노 박탐, 세 팔로 스포린, 카르 바페 em 세포벽의 페티도 글리 칸 층 합성 억제 베타 락탐을 파괴하기위한 베타 락타 마제 생산 풀 (2004)
2. 아미노 글리코 시드 스트렙토 마이신, 카나마이신, 토 브라 마이신, 겐타 마이신 30S 리보솜 서브 유닛에 결합하여 박테리아 단백질 합성 억제 플라스미드 및 트랜스 포손 암호화 변형 효소에 의한 항생제 비활성화 Kotra et al. (2000)
3. 페니 콜스 클로람페니콜 플로 르페 니콜 50S 리보솜 서브 유닛의 테트라 피딜 트랜스퍼 라제 성분에 가역적으로 결합하여 펩타이드 사슬 신장의 트랜스 펩티드 화를 방지 클로람페니콜 아세틸 트랜스퍼 라제 (CAT)를 암호화하고 약물을 효소 적으로 불활성 화시키는 플라스미드의 획득 팔라 가스 (Falagas) 등. (2008)
4. 설폰 아미드 및 트리 메토 프림 프론토 실, 간 트리 신, 에리스로 마이신-설피 속 사졸 파라 아미노 벤조산의 디 히드로 폴 레이트로의 박테리아 변형을 경쟁적으로 억제하여 엽산 대사를 방해 약물 내성 이수 소체를 코딩하는 플라스미드의 획득으로 인해 초프라 (2007)
5. 테트라 사이클린 클로르 테트라 사이클린 옥시 테트라 사이클린, 데메 클로 사이클린, 독시사이클린 박테리아 폴리펩티드 합성을 방지하기 위해 RNA- 리보솜 복합체에 대한 아미노 아실 t-RNA의 접근을 차단하는 30S 리보솜 서브 유닛에 가역적으로 결합 외막 투과성에 영향을 미치는 염색체 돌연변이 Chopra (2007)
Falagas et al. (2008)
6. 퀴놀론 / 플루오로 퀴놀론 날 리딕 산 표적은 DNA 복제를위한 필수 효소 인 DNA 기라 제입니다 유출 펌프에 의한 표적 유전자 돌연변이 및 제거 후퍼 (2000) Falagas et al. (2008)
다 약제 내성 박테리아에 대한은 나노 입자의 살균 효과
은 나노 입자는 효과적인 항균제로서 사용된다. 그들은 MDR 유기체에 대한 살균 가능성이 있습니다.

Panacek et al. (2006) 은 원스텝 프로토콜을 개발하여은 나노 입자를 합성하고 MRSA와 같은 MDR 균주를 포함한 그람 양성균 및 그람 음성균에 대한 항균 활성을 평가했습니다. 콜로이드은 나노 입자는 MRSA 및 그람 양성 및 그람 음성 박테리아에 대해 상당한 살균 가능성을 갖는 것으로 밝혀졌다. Percival et al. 에 따르면 (2007) ,은 나노 입자는 항생제 내성 박테리아를 포함한 그람 음성균 및 그람 양성균의 효과적인 광역 항균제로 사용될 수있다. 그램 음성 박테리아에는 Acinetobacter , Escherichia , Pseudomonas ,살모넬라 와 비브리오 . 그람 양성 박테리아에는 Bacillus , Clostridium , Enterococcus , Listeria , Staphylococcus 및 Streptococcus가 포함 됩니다. 항생제 내성 박테리아에는 메티 실린 및 반코마이신 내성 황색 포도상 구균 (MRSA 및 VRSA) 및 장구균 분비물이 포함됩니다., 세균성 집락을 보호하기 위해 항균제 및 숙주 면역계에 대한 효과적인 장벽으로서 작용하는 생물막 형성을 방지함으로써. MRSA 및 비 MRSA에 대한은 나노 입자의 항균 활성에 대한 연구에서, 최소 억제 농도 (MIC) 및 최소 살균 농도는 100 nm의 나노 입자를 사용하여 LB 배지에서 평가되었다 ( Ayala-Nunez et al. 2009 ). 연구진은 MRSA와 non-MRSA에 대한은 나노 입자의 용량 의존적 살균 활성을 관찰했으며 접종원이 10 5 -CFU ml -1 일 때 MRSA와 non-MRSA는 1 · 35 mg ml - 1 이상의 농도에서 억제됨을 발견했다 . 충치 치료를위한은 나노 입자는Espinosa‐Cristobal et al. (2009) . 때문에 연쇄상. 뮤탄 스는 충치의 인과 적 유기체이며, 세 가지 다른 크기의은 나노 입자의 항균 효과를 연구하고 MIC를보고했습니다. 그들은은 나노 입자가 Strep 에 대해 강력한 살균력을 가지고 있음을 확인했습니다 . 뮤 탄스 이고, 입자 크기가 감소하면이 전위가 강하다.

Nanda와 Saravanan (2009) 은 Staph 로 수성 Ag + 환원에 의해은 나노 입자의 합성을보고했다 . 아우 레 우스 . 이은 나노 입자는 메티 실린 내성 Staph 에 대한 항균 잠재력을 평가했다 . 아우 레 우스, 메티 실린 내성 포도상 구균. 표피 (MRSE), 스트렙. 화농성 , Salm. 티피 와 Kl. 폐렴 . 그들은 methicillin-resistant Staph 에 대한 가장 살균력이 높은 것으로보고되었습니다 . 아우 레 우스 다음에 메티 실린 내성 스타 프 . 표피 와 스트렙. 화농그러나 Salm에 대해서는 중간 정도의 활동 만 관찰되었습니다 . 티피 와 Kl. 폐렴. 저자들은 약물 내성 박테리아 MRSA 및 MRSE에 대한은 나노 입자의 효과적인 항균 활성을 추가로보고했으며, MRSA에 대한 최대 활성을 나타 냈으며 MRSE가 그 뒤를이었다. Humberto et al. (2010) 은 에리스로 마이신-내성 스트렙 에 대한 루시 페라 제에 기초한 박테리아 세포 생존력 분석을 사용하여 상이한 농도의은 나노 입자의 항균 효과를 결정 하였다 . 파이 오게 네스 , 암피실린-내성 대장균 , MDR Ps. 녹농균 등 약물 감수성 균주 연쇄상 구균의 SP에., 대장균그리고 Ps. aeruginosa . 30 내지 100 mmol l -1 의 농도의은 나노 입자 가 효과적인 것으로 밝혀졌다 ( Humberto et al. 2010 ). Ansari et al. (2011) 은 또한 5-10 nm 크기의은 나노 입자가 Staph 에 대한 정균 및 살균 효과를 보였다고보고했다 . 아우 레 우스 , 메티 실린-민감성 포도상 구균. 아우 레 우스 (MSSA) 및 MRSA. 크기가 20-45 nm 인 콜로이드은 나노 입자는 sol-gel 방법, E. coli, Staph. 아우 레 우스, C. 알비 칸스, B. 서브 틸리 스, Salm. 티피 무리 움, Ps. aeruginosa 및 Kl. 폐렴브로 쓰 미세 희석법에 의해 MIC가 2-4 μg ml -1 인 것으로 밝혀졌다 ( Lkhagvajav et al. 2011 ). MDR 박테리아에 대한은 나노 입자의 살균 가능성에 대한 상세한 검토는 표 3에 기술되어있다 .

표 3. 약물 내성 박테리아에 대해 은나노 입자의 항균 활성
S. 아니오 약물 내성 박테리아 참고 문헌
1. 메티 실린 내성 포도상 구균 (MRSA) Panacek et al. (2006)
2. MRSA 및 비 MRSA Ayala-Nunez et al. (2009)
삼. 연쇄상 구균 뮤 탄스
4. 메티 실린 내성 포도상 구균. 아우 레 우스 , 메티 실린 내성 황색 포도상 구균 표피 (MRSE) 및 연쇄상 구균 피 오게 네스 Espinosa‐Cristobal et al. (2009)
5. MRSA와 MRSE 난다와 사라 바난 (2009)
6. 에리스로 마이신 내성 스트렙. 파이 오게 네스 , 암피실린 내성 대장균 , 다제 내성 녹농균 사라 바난과 난다 (2010)
7. Staph. 아우 레 우스 , 메티 실린-민감성 포도상 구균. 아우 레 우스 (MSSA) 및 MRSA Humberto et al. (2010)
Ansari et al. (2011)
8. E.는 포도상 구균, 대장균. 아우 레 우스, Candida albicans, Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium, Ps. aeruginosa 및 Klebsiella pneumoniae
9. 솔기. typhi , Staph. 표피 , Staph. 아우 레 우스 , Ps. 녹농균은 , 프로 테우스 vulgaris의 , E . 대장균 , Kl. 폐렴 Lkhagvajav et al. (2011)
10. MRSA Nithya et al. (2011)
항균 작용 모드
그람 양성 및 그람 음성 박테리아의 광범위한 분류는 다양한 막 구조 및 구성에 기초합니다. 이들 박테리아 사이의 구조적 차이는 세포벽에서 펩티도 글리 칸 층의 구성 및 조성이다 : 펩티도 글리 칸 층은 세포질 막 외부에 존재한다. 그람 양성 박테리아의 세포벽에는 30nm 두께의 펩티도 글리 칸 층이 포함되어 있지만, 그람 음성의 경우 2 ~ 3nm 펩티도 글리 칸 층이 있으며, 이는 인지질과 리포 폴리 사카 라이드로 구성된 외부 막으로 덮여 있습니다. 외부 환경. 은 나노 입자의 항균 효과가 광범위하게 연구되었지만, 살균 메커니즘은 명확하게 이해되지 않았다.

특정 연구에 따르면은 나노 입자는 세포벽을 고정하고 관통하여 그람 음성균을 공격하며, 그 결과 세포막의 주요 구조적 변화가 일어나고 세포 투과성이 증가합니다. 따라서 세포질 막을 통한 통제되지 않은 수송과 세포 사멸이 운명이다 ( Morones et al. 2005 ; Sondi and Salopek-Sondi 2007 ). 은 나노 입자의 항균 메카니즘은 자유 라디칼의 형성에 기인하며, 그 후에 자유 라디칼에 의한 막 손상이 뒤따른다는 것이 제안되었다 ( Kim et al. 2007 ).

Morones et al. (2005) 은은 이온이 중요한 효소 및 인 함유 염기에서 티올 기와 강하게 상호 작용하는 경향에 기초하여 이론을 제안했으며, 손상은은 나노 입자와 DNA와 같은 화합물의 상호 작용에 의해 야기 될 수 있다고 주장했다. 이러한 상호 작용은 세포 분열 및 DNA 복제를 방지하여 궁극적으로 세포 사멸을 초래할 수있다. 그러나 수행 된 실험에서 관찰 된 DNA 손상은 없었다 ( Hwang et al. 2008 ). Shrivastava et al. (2008) 은은 나노 입자가 세포 신호 전달에 영향을 줄 수있는 추정 박테리아 펩타이드의 포스 포 티로신 프로파일을 조절하여 박테리아의 성장 억제를 유도한다고 제안했다.황 등. (2008) 은 스트레스 특정 생물 발광 박테리아를 연구하고은 나노 입자와 생성 된은 이온의 상승적 독성 효과를 제안했다. 그들은 이온이 세포로 이동하여 활성 산소 종을 생성하는 것을 관찰했다. 또한, 나노 입자에 의한 막 손상으로 인해, 세포는은 이온을 효과적으로 압출 할 수없고 그 효과를 제한 할 수 없다 ( Hwang et al. 2008 ).

그람 음성 박테리아에 대한은 나노 입자의 항균 활성에 대한 연구는 Morones et al. (2005) ; 이는은 나노 입자가 세포막의 표면에 부착하여 박테리아에 침투 한 후은 이온이 방출 됨으로써 세포 기능을 방해한다는 것을 시사했다. 은 나노 입자는 Acinetobacter , Escherichia , Pseudomonas , Salmonella and Vibrio 와 같은 그램 음성 박테리아의 광범위한 살충제 , Bacillus , Clostridium , Enterococcus , Listeria 와 같은 그램 양성 박테리아, 포도 구균 및 연쇄상 구균 등 methicillin- 및 반코마이신 내성과 같은 항생제 내성 박테리아 포도상 구균 (MRSA 및 VRSA)과 메티 실린 내성 이비인후과. faecium에 바이오 필름 형성을 방지함으로써. Biofilm은 표면에 부착 된 미생물 응집체로 구성된 자기 분비 세포 외 다당류 매트릭스입니다. Biofilm은 항균제 및 숙주 면역계에 대한 효율적인 장벽 역할을하며 박테리아 콜로니를 보호합니다. 은 나노 입자는 생물막의 형성을 억제하는 것으로 관찰되었다 ( Percival et al. 2007 ).

Klueh et al. (2000) 은은 나노 입자가 단백질을 불 활성화시켜 박테리아의 성장을 억제한다고 제안했다. 은 원자는 효소에서 티올 기 (-SH)에 결합하여 효소를 불 활성화시킨다. 은은 화합물의 티올 기와 안정한 S-Ag 결합을 형성함으로써 막 횡단 에너지 생성 및 이온 수송에 중요한 세포막에서 화합물의 기능을 변경시킨다. 은은 세포에서 산소 분자와 티올 기의 수소 원자 (R-S-S-R)의 반응에서 이황화 결합 형성에 촉매 역할을한다. 은은 세포 효소의 형태 및 구조의 변화를 담당하는 이황화 결합의 형성을 촉진 시켰으며, 이는 그들의 기능에 영향을 미친다. 900 ppb Ag + 로 세포를 처리하는 것이 밝혀졌다용액은 30S 리보솜 서브 유닛, 숙시 닐코 A 합성 효소, 말토오스 수송 체 (MalK) 및 과당 비스 포스페이트 아 돌라 제와 같은 특정 중요한 단백질 및 효소의 발현에 영향을 미친다. 또한은 이온이 30S 리보솜 서브 유닛에 결합하여 리보솜 복합체를 비활성화시키고 단백질 번역을 방지하는 것으로 생각되었다. TCA 사이클에 관여하는 중요한 효소 인 숙시 닐 코엔자임 A 합성 효소는 Ag +87 처리시 하향 조절되는 것으로 밝혀졌다 . 따라서 세포의 측면에서 중요한 역할을하는 단백질은은 나노 입자의 영향을 받아 박테리아 세포 사멸을 초래한다 ( Yamanaka et al. 2005 ). Klueh et al. (2000)은 나노 입자의 살균 활성은 세포에 들어가고 DNA의 퓨린과 피리 미딘 염기 사이에 삽입되는 Ag + 이온에 기인한다고 가정했다 . 이들 염기쌍은 2 개의 역 평행 가닥 사이의 수소 결합에 방해 효과를 나타내어 DNA 분자의 변성을 초래했다 ( Klueh et al. 2000 ). 박테리아에 대한은 나노 입자의 모든 다 작용 행동이 도 1 에 도시되어있다 .


그림 1
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다중 살균 작용을 나타내는은 나노 입자.

은 나노 입자의 살균 효과에 영향을 미치는 요인
크기
나노 입자의 반응성 및 특성의 변화는 벌크 물질과 비교하여 작은 크기에 기인한다. 크기가 작을수록 표면적 대 부피 비율이 커집니다. 따라서,은 나노 입자의 살균 활성은 나노 입자의 크기에 의해 영향을 받는다. 나노 입자의 크기에 따라, 큰 표면적이 박테리아 세포와 접촉하여 더 큰 입자보다 더 높은 상호 작용 백분율을 제공한다. 나노 입자와 박테리아 표면의 상호 작용에 의해 생성 된 전자 효과에 의해 나노 입자의 반응성이 향상되고, 10 nm 미만의 나노 입자는 박테리아와의 상호 작용의 백분율이 높다. 따라서,은 나노 입자의 살균 효과는 크기 의존적이다 ( Morones et al. 2005 ;Raimondi et al. 2005 ). 나노 입자의 살균력의 크기 의존성은 Panacek et al. (2006) 은 25 nm 크기의 나노 입자가 가장 높은 항균 활성을 가졌다 고보고했다.

모양
나노 입자의 살균력은 또한 그 모양에 영향을받으며, 이는 모양이 다른 나노 입자에 의한 박테리아 성장 억제를 연구함으로써 알 수있다 ( Morones et al. 2005 ). 다른 연구에서, Pal et al. (2007) 은 다른 농도에서 대장균 에 대한 구연산 환원에 의해 합성 된 구형, 막대 및 삼각형 나노 입자의 효과를보고했다 . 삼각 나노 입자는 구형 나노 입자보다 활성이 높으며, 이는 대장균 에 대한 막 대형 나노 입자보다 다시 활성이있는 것으로 밝혀졌다 ( Pal et al. 2007).). 따라서,은 나노 입자의 항균 활성은 또한 형태에 의해 영향을 받는다.

집중
Morones et al. (2005) 는 그람 음성 박테리아 대장균 에서 1-100 nm 크기의은 나노 입자의 살균 효과에 대한 연구를 수행했다. 그들은 595 nm에서 OD를 측정하여 박테리아 세포를 중간 로그 단계까지 성장시켜 박테리아와은 나노 입자의 상호 작용을 분석하고 박테리아 성장에 대한 다른 농도의 은의 영향을 연구했으며 75 μg ml -1 까지의 농도는 박테리아 성장에는 충분하지만 그 이상으로 유의미한 박테리아 성장은 없었다 ( Morones et al. 2005 ).

정량
크기가 10-15 nm 인은 나노 입자의 합성과 그람 음성균과 그람 양성균에 대한 용량 의존적 효과가 연구되었다. 연구진은은 나노 입자의 활성은 용량 의존적이고은 나노 입자는 그람 양성 유기체에 비해 그람 음성 박테리아에 대해 눈에 띄는 살균 작용을한다는 것을 발견했다 ( Shrivastava et al. 2008 ).

결론
인간 병원체에서 약물 / 항생제에 대한 내성의 지속적인 증가는 MDR 병원체 및 기생충의 재발로 이어진다. 이러한 병원체로 인한 감염에는 광범위한 항생제가 포함 된 다중 치료가 필요합니다. 실제로, 이러한 치료법은 효과가 적고, 독성이 있으며, 비싸다. 나노 기술은은 나노 입자의 도움으로 저항 문제를 극복 할 수있는 좋은 플랫폼을 제공합니다. 고대부터 은의 항균 효능은 아유르베 다와 동종 요법에서보고되었다. 살균 수준은 나노 레벨에서 크기를 조작하여 표면적-부피 비율을 증가시키고 화학적 및 물리적 특성을 변경함으로써 증가 될 수 있습니다. 크기가 10-100 nm 인은 나노 입자는 그람 양성균과 그람 음성균 모두에 대해 강력한 살균력을 가지고 있습니다.추신. aeruginosa , 암피실린 내성 대장균 , 에리스로 마이신 내성 스트렙. 파이 오게 네스 , MRSA 및 VRSA.